多功能流水灯正文.docx
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多功能流水灯正文
前言
随着社会的不断发展，人民生活水平的提高，流水灯在现实生活中所起的作用越来越重要。
流水灯简易轻巧，外貌美观，能闪现多彩的颜色，在现实生活中起到了广泛的应用。
在繁忙的交通路段，闪烁着的流水交通灯，提醒着人民要遵守交通规则；在繁忙的大街上，闪烁的流水灯无不吸引过路人的眼球，甚至在自动门上都装有自动流水灯，告诉人们现在的时间和日期。
流水灯无处不在，所以说多功能流水灯电路的设计可以使我们进一步了解流水灯，感受流水灯给我们生活带来的美感。
多功能流水灯的设计要求在预定的时间到来时，会产生一个控制信号控制彩灯的流向、间歇等，彩灯流向可以随着电路的改变而改变，并具有自控、手控、流向控制等功能。
主要考察了数字电路中计数器的原理、NE555定时器的作用等相关知识。
在设计的过程中需要了解相关芯片（CD4017、NE555）的具体功能，如引脚图、内部框图和真值表等。
连接好设计电路，由于最后流水灯的流向十分的顺畅和稳定，所以所得的结果十分的简洁并且很成功。
经过资料的查阅，小组的讨论，以及几种方案的比较，选定方案参考如下：
整个流水灯的电路由振荡电路、译码电路和光源电路组成，振荡电路的组成包括3个电容、一个电阻器和一个电位器及NE555定时器构成；译码电路的组成包括芯片CD4017；光源电路的组成包括若干电阻个若干二极管。
第一章多功能流水灯的设计方案
1.多功能流水灯的设计方案及框图
1.1基本要求设计方案
1）设计一个多功能彩灯流水控制电路。
其主要部分实现定时功能，即在预定的时间到来时，将如何产生一个控制信号控制彩灯的流向、间歇等。
2）通过利用中规模集成电路中可逆计数器、译码器和定时器来实现正、逆流水功能，并利用组合电路实现自控、手控、流向控制等功能。
1.2提高设计方案
1）本次设计的电路只具有单向流水的功能，即正向流水和逆向流水两个功能，可以通过改变电路来实现多向流水的功能，即流水灯的流向可以通过电路的改变而改变。
2）本次设计的流水灯电路只使用了一个芯片CD4017，可以通过增加芯片CD4017的个数，使流水灯的流向更加多样和美观。
3）在考虑流水灯单向和多向流水功能的同时，可以采用更多的CD4017芯片和发光二极管来实现流水灯的闪烁，即由流水灯组合成各种图案，在流水灯发光的同时，闪烁各种美观炫丽的图案。
1.3设计框图
基本原理设计框图如下图
（1）所示:
电源定时器十进制计数器/分频器光源电路
第二章多功能流水灯设计方案单元模块电路设计
2.多功能流水灯电路的设计
2.1多功能流水电路
原理电路图
设计的多功能流水灯原理电路图如上图所示。
原理电路图由振荡电路、译码电路和光源电路三部分组成。
在设计电路时，本文选用的脉冲发生器是由NE555与R2、R3及C3组成的多谐振荡器组成。
主要是为灯光流动控制器提供流动控制的脉冲，灯光的流动速度可以通过电位器RP进行调节。
由于RP的阻值较大，所以有较大的速度调节范围。
灯光流动控制器由一个十进制计数脉冲分配器CD4017和若干电阻组成。
CD4017的CP端受脉冲发生器输出脉冲的控制，其输出端（Q0~Q9）将输入脉冲按输入顺序依次分配。
输出控制的脉冲，其输出控制脉冲的速度由脉冲发生器输出的脉冲频率决定。
12个电阻与CD4017的10个输出端Q0~Q9相连，当Q0~Q9依次输出控制脉冲时6个发光二极管按照接通回路的顺序依次发光，形成流动发光状态，即实现正向流水和逆向流水的功能。
电源电路采用电容降压，二极管整流和稳定管稳压的供电方式，直流工作电压由稳压管的稳压值决定。
本文设计电路所采用的电源为5V。
2.2多功能流水灯的提高电路
在2.1中本文所讨论的多功能流水灯的电路是单向流动的，而在现实生活中，这种电路往往不能满足社会的需求，所以本文对2.1中的电路进行了改进，实现了流水灯多向流水的功能。
图（3）所示即为多功能流水灯的电路图。
图（3）提高电路-1
电路的工作原理与2.1中电路的工作原理完全相同，只是流水灯的流向发生了改变。
在图（3）电路中流水灯的流向为：
CD4017的3，2，4，7，10，1脚的高电平使6个发光二极管依次向右发光。
5，6，9脚的高电平使6个发光二极管由中心向两边散开发过。
此电路仅仅考虑了流水灯的多向流动功能，且发光二极管的个数也只有6个，从而使得整个电路比较得单调，得出的结果也只是单个二极管的单向发光，并没有考虑到多个二极管的同时发光。
本文为了弥补这个缺陷，作了进一步的改进，采用2个CD4017芯片和多个二极管实现多个发光二极管的同步多向流水功能。
设计电路图如图（4）所示。
图（4）提高电路-2
图（4）电路的工作原理与2.1中的电路工作原理也完全相同，只是增加了CD4017和发光二极管的个数。
在图（4）电路中流水灯的流向为：
上下两排流水灯同时发光，上排的发光二极管先从左边依次向右边发光，再从中间依次向两边发光；下排的发光二极管先从右边依次向左边发光，再从两边依次向中间发光。
整个过程都在同一时间内进行，从而实现了多功能流水灯的多向多个同时发光的流水功能。
当然，这些电路只是在现有设备中所能完成设计电路功能的。
当电路设备的逐步庞大，本文还可以设计更复杂、更美观的流水电路。
第三章试验的调试与分析
在完成电路设计及电路连接进行试验结果测试之前，本文首先完成了以下的几个步骤：
1）检查电路设计的原理图即导线的连接，并确定导线的连接与电路原理图一致；
2）检查导线的连接，并检查导线是否断路，根据电路原理图，用数字万用表打到合适的档位，测试各导线对应的结点是否导通；
3）检查实验仪器和器材是否完好，电源5V直流电压输出正常。
发光二极管全部可以正常发光，电阻和电容全部正常，电位器可以正常调节，芯片CD4017和定位器NE555工作正常。
当按下电源，流水灯可以正常顺畅的流动。
完成上述步骤后，接通电源，实现现象为：
在电路没有改进之前，流水灯只有正向和逆向的流水功能，在电路改进之后，流水灯具有正向和中间向两边的多向流水功能，进一步改进电路之后，流水灯具有多向多个同步的流水功能。
测试并分析：
电路连接后，实验现象均正常，在控制流水灯的整个过程中，CD4017的输出端起到了至关重要的作用。
用CD4017的输出端Q0~Q9将输入脉冲按输入顺序依次分配，同过电阻将脉冲传送给发光二极管，使发光二极管发光。
在控制流水灯流向的同时只要在电阻与发光二极管之间改变导线的连接顺序即可，且各种发光方式可按自己的需要进行具体组合。
至此，多功能流水灯的设计、分析、调试和试验全部完成。
第四章结论
1.本组经过不断的检查、调试和分析，成功的完成了多功能流水灯的基本要求和部分提高要求，得出了正确的实验现象。
接通电源，电路可以实现单向的正、逆流水功能，也可以先正向流水再由中间向两边的流水功能，多向多个同步进行的流水功能。
2.在实验的检查调试阶段，当电路出现问题，不能实现相应功能的时候，应当细心的检查电路，通过组员之间的共同讨论，分析和研究，找出了电路故障的所在，从而改进电路，实现相应的功能。
3.我认为，多功能流水灯的设计课题重点考察了对数字逻辑电路知识的理解和应用。
如试验中的十进制脉冲分配器CD4017和NE555定时器的应用，进一步强化和巩固了理论知识的学习。
理论和实践相结合，从而更好的掌握了所学的知识，达到学为所用的目的。
4.在实际的生活中，流水灯的使用十分普遍，掌握多功能流水灯的设计是当代大学生走向社会的实践基础，为以后设计更复杂更美观的流水灯作好铺垫。
后记
数字逻辑的课程设计是那么的有趣和轻巧。
在一个星期的课程设计当中，我学到了很多并且掌握了更多的理论知识。
在没有课程设计之前，一直以为数字逻辑的课程设计比较的复杂，不是那么的容易，但真正经历这个过程的时候，你会觉得是多么的其乐无穷。
从一无所知到实验的成功，从中所获得的知识及实践技能是人生中最宝贵的财富。
当老师布置完题目的同时，作为第二小组组长的我给大家分配了题目。
自己很幸运的选到了第一题。
刚接触流水灯的时候，自己并没有太多的想法。
通过图书馆及上网查找相应的资料，通过组员之间的互相讨论、分析和研究，最终设计出了电路原理图。
同时也让我认识到了团队力量的强大。
没有很强的团队合作能力，是很难共同完成一件事情的。
在五天的课程设计当中，我不仅提前实现了流水灯的流水功能，更扩展了原理电路，使流水灯的流向可以自己随意的控制。
在整个过程中，不仅学到了更多的理论知识，在老师的精心指导下，自己的实践技能也得到了进一步的提高，同时也更好的培养了我和组员之间的默契。
路漫漫其修远兮，一次课程设计只是人生当中的一小部分经历，自己以后的路还很长，相信通过自己的不断努力和探索，终究会在计算机领域有所进步，有所贡献。
参考文献
1.韩广兴.电子原器件与实现电路基础.北京：
电子工业出版社.2005年.
2.王毓银.数字电路逻辑设计（脉冲与数字电路 第三版）.高等教育出版社.1999
3.高吉祥.电子技术基础实验与课程设计.电子工业出版社.2002
4.孙人杰.电路数据手册TTL电路.电子工业出版社.1989
5.《中国集成电路大全》编写委员会.中国集成电路大全TTL集成电路.北京国防工业出版社.1985
附录
附录1：
元件清单
序号
编号
名称
数量
序号
编号
名称
数量
1
CD4017
十进制计数器
3
6
R4~R15
1K
12
2
NE555
脉冲发生器
1
7
R16~R17
1K
12
3
LED
发光二极管
18
8
C2
100uf
1
4
Rp
电位器
1
9
C3
3.3uf
1
5
R2
2K
1
10
C4
0.1pf
1
附录2：
CD4017的逻辑功能表和内部框图及引脚图
CD4017的逻辑功能表：
输入
输出
CP
INH
CR
Q0~Q9
CO
H
Q0
计数脉冲为
Q0~Q4时：
CO=H
L
L
计数
H
L
L
L
保持
计数脉冲为
Q5~Q9时：
CO=L
H
L
L
L
CD4017的内部框图及引脚图:
附录3：
NE555的逻辑功能表和内部框图
NE555的逻辑功能表：
置位
S-
复位
R
强复位
MR-
输出
Q
输出
Q-
<=1/3VCC
任意
H
H
OFF
>=1/3VCC
>=2/3VCC
H
L
ON
任意
任意
L
L
On
NE555的内部框图：
摘要
本次课程设计的多功能流水灯是采用数字逻辑电路并通过发光二极管的闪烁来实现流水的功能。
该多功能流水灯在预定的时间到来时，不仅可以实现流水灯的正、逆流水功能，还可以实现多向同时流水功能，使得整个流水电路得到了更好的扩展。
本论文设计的方案中采用了CD4017十进制计数器和NE555定时器来组成原理电路。
整个原理电路包括三个部分：
振荡电路、译码电路和光源电路。
其中振荡电路主要包括3个电容，一个电阻器，一个电位器和NE555定时器；译码电路的组成主要包括芯片CD4017；光源电路的组成主要包括若干电阻和发光二极管。
经过老师的指导和资料的查询，本组最终制定了成熟的方案。
在连接电路的过程中，组员之间的不断讨论和探索，最终实现了多功能流水灯的流水功能，并且使得整个电路有更好的扩展，能够实现更加复杂的流水功能。
在此次课程设计中，整个原理电路简洁、清晰和明了。
在检查电路和排除故障的同时，也能更好的找出问题所在，分析问题和解决问题，从而使得整个课程设计提前完成，取得了圆满的成功。
关键字：
流水灯定时器多向同时流水
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